This thesis looked at a biorefinery pilot plant that converted lignin in black liquor into biofuel. A heat/mass balance was made which was used to create a heat/mass balance for a theoretical large-scale plant. This then created the CAPEX for building the plant. OPEX for the largescale plant and income from sold biofuels was calculated and payback time found. This was done for three different cases with different flows and yield to optimize the plant. A sensitivity analysis was then made to find the most important parameters regarding CAPEX, OPEX and payback time.

Decarbonizing the electricity system (i.e. eliminating generation from fossil fuels and replacing it with non-emitting sources) is widely considered a necessary step to limiting anthropogenic emissions and minimizing the impacts of climate change. Selecting which non-emitting generators should replace existing fossil fuel sources, and when to build them, is critical to the success of this transition. The optimal pathway to decarbonisation is highly region-specific. It is impacted by both factors such as availability of renewable resources, existing generation resources, and government policy. This dissertation presents a techno-economic model that is used to assess the decarbonisation of the combined British Columbia and Alberta electricity system. It is found that high levels of decarbonisation are possible through a combination of new wind generation, particularly in Alberta, and increased trade between Alberta, British Columbia, and the United States. Following on this finding, the variability related to high penetrations of renewable generation is introduced to the model and its impact is assessed. These results indicate that variability will be an important constraint in planning decarbonized energy systems. Finally, the representation of British Columbia’s existing hydroelectric resources is expanded to determine the ability to buffer variable renewable generation with these resources. This study finds that, while existing hydroelectric resources can support much of the variability in a highly renewable energy system, additional technologies and/or policies are needed to reach a fully zero-carbon system. The findings in this thesis show that British Columbia and Alberta, with an expanded interconnection between the provinces, can reach high penetrations of variable renewable energy. The majority of this generation consists of wind energy in Alberta, which is abundant and low-cost compared to other generation options. While comparatively little generation is added in British Columbia, the existing hydroelectric resources in the province provide significant flexibility to support the variability of this wind generation. / Graduate

<p dir="ltr">Phenylalanine (Phe) is an essential amino acid that has uses in the feed, food and pharmaceutical industries. There is a large and growing market for Phe as a precursor to the production of artificial sweetener. Industrially, Phe is produced by feeding glucose to genetically modified strains of heterotrophic organisms such as <i>E. coli </i>or Corynebacterium in a stainless-steel fermenter. Cyanobacteria are photosynthetic microalgae which could replace heterotrophic production thereby reducing land use for crops required for glucose production. SYN-PHE, a strain of <i>Synechococcus</i> elongatus sp. PCC 11801 which was previously developed in the Morgan lab at Purdue University, produces Phe at 1 g/L in 3 days in shake flask cultures. In this thesis, a techno-economic analysis of Phe production by <i>E. coli </i>and SYN-PHE were compared. Results indicate that Phe produced by SYN-PHE is a promising competitor of <i>E. coli </i>produced Phe at an industrial scale. Further strain engineering to improve the titer of Phe is needed to be economically competitive. Additionally, efforts are needed for low capital cost photobioreactors that can enable both high biomass concentrations and high Phe titers.</p>

The exponentially increasing traffic demand for mobile services requires innovative solutions in both access and backhaul segments of 5th generation (5G) mobile networks. Although, heterogeneous networks (HetNets) are a promising solution for the wireless access, the backhaul segment has received considerably less attention and falls short in meeting the stringent requirements of 5G in terms of capacity and availability. HetNets together with mobility requirements motivate the use of microwave backhauling that supports fiber-like capacity with millimeter-wave communications. However, higher carrier frequencies are subject to weather disturbances like rain that may substantially degrade the network throughput. To mitigate this effect, we develop a fast and accurate rain detection algorithm that triggers a network-layer strategy, i.e., rerouting. The results show that with small detection error the network throughput increases while posing small overhead on the network. The rain impact can be alleviated by centralized rerouting under the software defined networking paradigm. However, careless reconfiguration may impose inconsistency that leads to a significant temporary congestion and limits the gain of rerouting. We propose a consistency-aware rerouting framework by considering the cost of reconfiguration. At each time, the centralized controller may either take a rerouting or no-rerouting decision in order to minimize the total data loss. We use a predictive control algorithm to provide such an online sequence of decisions. Compared to the regular rerouting, our proposed approach reduces the throughput loss and substantially decreases the number of reconfigurations. In the thesis we also study which backhaul option is the best from a techno-economic perspective. We develop a comprehensive framework to calculate the total cost of ownership of the backhaul segment and analyze the profitability in terms of cash flow and net present value. The results highlight the importance of selecting proper backhaul solution to increase profitability. / <p>QC 20170308</p>

This thesis has investigated the techno-economic feasibility of upgrading the sludge from a chemical pulp mill to hydrochar via hydrothermal carbonization (HTC). The intended use of the hydrochar was to replace fossil coal within metallurgical applications in the iron and steel industry. Process models were developed in order to obtain mass and energy balances of the HTC process for different technical configurations. The balances were used to evaluate the economic performance, in terms of hydrochar production cost as well as different profitability parameters. Two main scenarios were investigated: Scenario-1: HTC process integrated with the pulp millScenario-2: Stand alone HTC process.To see the effect of having one or two HTC reactors, two cases were developed for each scenario, where the first case used only mixed sludge from the pulp mill as feedstock for the HTC process (case 1, one reactor), while the second case used both mixed sludge and bark as feedstock (case 2, two reactors). In scenario 1, the effects on the pulp mill’s mass and energy balances of integrating the HTC process were investigated. The results showed only very small impacts on the pulp mill, due to that the HTC process is significantly smaller than the mill. The total amount of steam to the steam turbine increased by 0.8 % and 0.9 %, for case 1 and 2, respectively. In combination with the removed sludge, which is otherwise combusted in the mill’s socalled power boiler, this entailed a total increase of the wood fuel consumption in the boiler by 3.2 % and 3.6 %, respectively. By implementing a second HTC reactor, the production cost of hydrochar could in the integrated scenario (scenario 1) be decreased from 4 600 SEK/ton (case 1) to 3 700 SEK/ton (case 2). The corresponding production costs in the stand alone scenario (scenario 2) amounted to 5 400 SEK/ton (case 1) and 4 200 SEK/ton (case 2), respectively. Both integration with the pulp mill and increasing the HTC production scale were thus found to be strategies that can lead to decreased hydrochar production cost. However, even the lowest production cost noted in this report is significantly higher than the corresponding price of coal. This indicates that other measures are required in order for hydrochar to become cost competitive to fossil coal in the metallurgical industry. Examples are the possibility to use even lower-cost feedstocks, as well as policy tools targeting, e.g., the CO2 emissions from using fossil materials and energy carriers in the iron and steel industry. Based on the results from the investment calculation, it is concluded that the HTC process integrated with a pulp mill is preferable compared to a stand alone HTC process. The reason why integrated HTC is preferred is that it gives higher NPV and correspondingly lower payback time, as well as lower hydrochar production costs. / Denna examensarbete har undersökt den tekno-ekonomiska genomförbarheten av att uppgradera slammet från ett kemisk massabruk till hydrokol via hydrotermisk karbonisering (HTC). Den avsedda användningen av hydrokol var att ersätta fossilt kol inom metallurgiska tillämp- ningar i järn och stålindustri. Processmodeller utvecklades för att erhålla mass- och energibalanser för HTC-processen. Balanserna användes för att utvärdera de ekonomiska prestanda, i form av produktionskostnad för hydrokol samt olika lönsamhetsparametrar. Följande två huvudscenarier undersöktes: Scenario-1: HTC-processen integrerad med massabruket Scenario-2: Fristående HTC-process. För att se effekten av att ha en eller två HTC-reaktorer utvecklades två fall för varje scenario, där det första fallet endast använde blandat slam från massabruket som råvara för HTC-processen (fall 1, en reaktor), medan det andra fallet använde både blandat slam och bark som råmaterial (fall 2, två reaktorer). I scenario 1 undersöktes effekterna på massabrukets mass- och energibalanser av att integrera HTC-processen. Resultaten visade endast mycket små effekter på massabruket, på grund av att HTC-processen är betydligt mindre än bruket. Den totala mängden ånga till ångturbinen ökade med 0.8 % och 0.9 % för fall 1 respektive 2. I kombination med bortfall av slammet, som annars förbränns i brukets barkpanna, innebar detta en total ökning av förbrukningen av trädbränsle i pannan med 3.2 % respektive 3.6 %. Genom att implementera en andra HTC-reaktor skulle produktionskostnaden för hydrokol i det integrerade scenariot (scenario 1) kunna sänkas från 4 600 SEK/ton (fall 1) till 3 700 SEK/ton (fall 2). Motsvarande produktionskostnader i det fristående scenariot (scenario 2) uppgick till 5 400 SEK/ton (fall 1) respektive 4 200 SEK/ton (fall 2). Både integration med massabruk och ökning av produktionskapaciteten av HTC visade sig därför vara strategier som kan leda till minskade produktionskostnader för hydrokol . Men även den lägsta produktionskostnaden som noteras i denna rapport är betydligt högre än motsvarande pris på kol. Detta tyder på att det krävs andra åtgärder för att hydrokol ska bli konkurrenskraftigt ur kostnadssynpunkt gentemot fossilt kol i den metallurgiska industrin. Exempel är möjligheten att använda ännu billigare råvaror, såväl som policyverktyg som riktar in sig på t.ex. CO2-utsläppen från användning av fossila material och energibärare inom järn- och stålindustrin. Baserat på resultaten från investeringskalkylen dras slutsatsen att HTC-processen integrerad med ett massabruk är att föredra jämfört med en fristående HTC-process. Anledningen till att integrerad HTC föredras är att det ger högre netto nuvärde (NPV) och motsvarande lägre återbetalningstid, samt lägre produktionskostnader för hydrokol.

O presente trabalho teve como principal objetivo estudar o processo de producao de etanol por sacarificacao e fermentacao simultanea (SSF) a partir da palha de arroz em um reator agitado nao convencional, denominado Moinho de Bolas Vertical (MBV). Foi também objetivo deste trabalho realizar uma avaliacao tecnico-economica a partir dos resultados experimentais alcancados durante o processamento da biomassa, aplicando o conceito de biorrefinaria. Inicialmente, foi avaliada uma sequencia de pre-tratamentos da palha de arroz que consistiu de uma etapa de desacetilacao alcalina, seguido de hidrolise com acido diluido. Os efeitos destes pre-tratamentos foram analisados com base nas modificacoes estruturais da palha de arroz e no rendimento de conversao de celulose (RCC) em cada solido obtido. Com base nos resultados, foram definidas as condicoes otimas para a etapa de desacetilacao (80 mg de NaOH/g de palha in natura, 70 °C, 45 min), de hidrolise acida (100 mg de H2SO4/g de palha desacetilada, 121 °C, 85 min) e carga de enzimas (21,5FPU e 26,5 UI de ?-glicosidase/g de celulose). Nestas condicoes, foram conduzidos experimentos em reator MBV visando avaliar o efeito das da velocidade de agitacao (100 a 200 rpm), numero de esferas (0 a 30) e temperatura (40 a 46 °C) sobre o RCC na sacarificacao da celulignina desacetilada e sobre a eficiencia da fermentacao por Kluyveromyces marxianus NRRL Y- 6860 em meio semissintetico. Apos definicao das variaveis significativas aos processos, foram realizados experimentos em reator MBV na configuracao de SSF em batelada simples e alimentada. Em batelada simples com 8% de solidos, foi obtida uma concentracao de etanol de 23,1 g/L, com eficiencia (?) de 89,8% e produtividade volumetrica (QP) de 1,6 g/L.h, nas seguintes condicoes operacionais: 200 rpm, 18 esferas e 41,5 °C. No entanto, com o aumento do teor de solidos para 24%, ambos os parametros (??e QP) foram reduzidos em 50%. Visando melhorar os parametros do processo com 24% de solidos, foram realizados ensaios em batelada alimentada e na melhor estrategia de alimentacao do substrato foi produzido 52,3 g/L de etanol (?= 67,5% e QP = 1,1 g/L.h). As fracoes ricas em lignina geradas a partir do licor alcalino e do residuo de fermentacao da batelada alimentada foram caracterizadas fisico-quimicamente, e analisadas quanto ao potencial antioxidante. A partir dos resultados, foram sugeridas possiveis aplicacoes para estes dois residuos ricos em lignina. Finalmente, de posse do balanco de massa de cada etapa do processamento da palha de arroz, foi realizada uma analise tecnico-economica empregando o software SuperPro Designer. As simulações mostraram que, para todos os cenarios avaliados, a etapa de pre-tratamento acido foi a de maior impacto sobre os custos operacionais, seguido pelas etapas de fermentacao (xilose e glicose). Ficou demonstrado ainda que, a conversao de xilose em xilitol proporcionou um melhor retorno financeiro do que a conversao desta pentose em etanol. Para a viabilidade economica da presente proposta de biorrefinaria, alem da diversificacao dos produtos obtidos a partir das fracoes acucaradas, e de fundamental importancia explorar as potencialidades dos residuos ricos em lignina. / The aim of this work was to study the ethanol production by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) from rice straw in a non-conventional agitated reactor, called Vertical Ball Mill (VBM). It was also objective of this study to perform a techno-economic analysis from the experimental results achieved during the biomass processing, using the biorefinery concept. Initially, the rice straw was submitted to a sequential pretreatment consisting of an alkaline step (deacetylation) followed by dilute acid hydrolysis. The pretreatment effects were evaluated based on rice straw\'s structural modifications and regarding cellulose conversion (CC) from each obtained solid. Based on the results were defined the best conditions for the deacetylation step (80 mg NaOH/g of rice straw in natura, 70 °C, 45 min), acid hydrolysis (100 mg H2SO4/g deacetylated straw 121 °C, 85 min) and enzyme loading (21.5 FPU and 26.5 IU ?-glucosidase/g cellulose). Under these conditions, assays were carried out in VBM reactor to evaluate the effect of stirring speed (100-200 rpm), number of spheres (0-30) and temperature (40-46°C) on saccharification of deacetylated cellulignin and fermentation efficiency by Kluyveromyces marxianus NRRL Y-6860 in semisynthetic media. After defining the significant variables, experiments were carried out in VBM reactor by SSF configuration in batch and fed-batch operational modes. In batch SSF at 8% solids, was obtained an ethanol concentration of 23.1 g/L, with a process efficiency (?) of 89.8%, and volumetric productivity (QP) of 1.6 g /L.h, in the following operating conditions: 200 rpm, 18 spheres and 41.5 °C. However, by increasing solids content to 24%, both parameters (? and QP) were decreased by 50%. In order to improve the process parameters to 24% solids, fed-batch experiments were performed. In the best substrate feeding policy was produced 52.3 g/L ethanol (? = 67,5%) in 48-h process (QP = 1.1 g/L.h). The lignin-rich fractions from the alkaline liquor and from fed-batch fermentation residue were characterized regarding its chemical composition and physical properties and analyzed for antioxidant activity. Based on these results were suggested possible applications for both lignin-rich residues. Finally, considering the mass balance from all rice straw processing steps, a techno-economic analysis was assessed using SuperPro Designer software. The simulation procedures have indicated that, for all evaluated scenarios, the acid pretreatment step had the highest impact on operating costs, followed by the fermentation steps (xylose and glucose). It was also shown that xylose conversion into xylitol provided a better payback rather than its conversion into ethanol. Therefore, to attain a viable and profitable process for this type of rice straw based biorefinery, in addition to the diversification of products obtained from the sugary fractions, it is crucial to explore the potential of lignin-rich streams.

Η συνεχής αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης, η μη ορθολογική χρήση της ενέργειας, η διαρκής εξάρτηση από ορυκτές ενεργειακές πηγές, έχουν δημιουργήσει έντονα περιβαλλοντικά, οικονομικά, πολιτικά και κοινωνικά προβλήματα τις τελευταίες δεκαετίες σε παγκόσμιο, ευρωπαϊκό, εθνικό, αλλά και ατομικό επίπεδο. Το ευρύ φάσμα αυτών των προβλημάτων αποτέλεσε πολλές φορές την αφορμή προβληματισμού της διεθνούς κοινότητας σχετικά με το πρότυπο ανάπτυξης που ακολουθείται και τη χάραξη πολιτικής που θα μπορεί να εξυπηρετεί με επάρκεια και δικαιοσύνη τις σημερινές και μελλοντικές ανάγκες του ανθρώπου. Η ανάγκη για ενεργειακή αυτάρκεια και απεξάρτηση των κρατών από εισαγόμενα καύσιμα, ιδίως από χώρες με ασταθείς πολιτικές και κοινωνικές καταστάσεις, καθώς και η ανάγκη για αποκεντρωμένη ανάπτυξη και τόνωση της τοπικής απασχόλησης ενισχύει την αντίληψη για αλλαγή και κυρίως βελτίωση του σημερινού παγκόσμιου ενεργειακού σκηνικού. Η Κύπρος ακολουθώντας τις οδηγίες και τους κανονισμούς της Ευρωπαϊκής Ένωσης έχει κάνει την τελευταία δεκαετία σημαντικά βήματα στην αξιοποίηση των ΑΠΕ τα οποία όμως δεν μπορούν σε καμιά περίπτωση να θεωρηθούν επαρκή, δεδομένων των σημερινών ενεργειακών αναγκών. Πολλά δημόσια κτίρια του νησιού καταναλώνουν υπέρογκα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας που επιβαρύνουν οικονομικά το κράτος. Ένα από αυτά είναι και το Γενικό Νοσοκομείο Λεμεσού. Το τεράστιο μέγεθος του κτιρίου αλλά και η αδιάκοπη λειτουργία των ιατρικών μηχανημάτων οδηγούν σε ένα τεράστιο φορτίο το οποίο πρέπει να ικανοποιείται καθημερινώς. Σε αυτό το πλαίσιο, αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η κατάθεση μιας ολοκληρωμένης πρότασης για την εγκατάσταση ΑΠΕ στο Γενικό Νοσοκομείο Λεμεσού. Για το σκοπό αυτό μελετάμε τρείς διαφορετικές περιπτώσεις. Η πρώτη αφορά ένα Φ/Β σύστημα διασυνδεδεμένο με το δίκτυο. Η δεύτερη ένα υβριδικό σύστημα διασυνδεμένο στο δίκτυο ενώ στη τελευταία περίπτωση εξετάζεται η ενεργειακή αυτονομία του κτιρίου. Πολλές είναι εκείνες οι προσπάθειες και έρευνες που έχουν καταβληθεί στον τομέα της ενεργειακής αυτονομίας περιοχών αλλά και κτιρίων με μεγάλη ή μικρότερη επιτυχία, δίνοντας, όμως, πάντα το στίγμα των σημερινών επιταγών που επιβάλλονται από την ανάγκη της κοινωνίας για “καθαρότερες” ενεργειακές μορφές, μικρότερη εξάρτηση από εισαγόμενες πηγές ενέργειας και συστήματα ηλεκτροπαραγωγής με περισσότερη αξιοπιστία. Ο σχεδιασμός και η βελτιστοποίηση αυτών των συστημάτων, τα οποία μπορούν και συνδυάζουν περισσότερες από μία μορφές ενέργειας, είναι το στοίχημα των σημερινών επιστημονικών και τεχνολογικών ερευνών. Σήμερα, ο βέλτιστος συνδυασμός των αυτόνομων υβριδικών ενεργειακών συστημάτων μπορεί να επιτευχθεί μέσω πιθανοτικών, επαναληπτικών, γραφικών ή πολυκριτηριακών τεχνικών, ενώ μέσω της αξιοποίησης των οικονομικών δεικτών (Καθαρή Παρούσα Αξία, Εσωτερικός Βαθμός Απόδοσης, Ανάλυση Κύκλου Ζωής κλπ) επιτυγχάνεται η οικονομοτεχνική αξιολόγηση των συστημάτων αυτών. Τα τελευταία χρόνια, δεν είναι λίγα τα λογισμικά που έχουν αναπτυχθεί προκειμένου να βοηθούν στο σχεδιασμό, στην τεχνική και οικονομική αξιολόγηση, ή και ακόμα στην αριστοποίησή των ενεργειακών επενδύσεων. Λογισμικά, όπως το EnergyPLAN, το energyPRO, το H2RES, το TRNSYS16, το RETScreen, το PV*SOL και το HOMER, χρησιμοποιούνται ως εργαλεία σχεδιασμού, τεχνικοοικονομικής και περιβαλλοντικής αξιολόγησης ενεργειακών συστημάτων, τα οποία συνδυάζουν μία ή και περισσότερες μορφές ενέργειας και βρίσκονται συνδεδεμένα ή μη στο κεντρικό δίκτυο. Στην περίπτωση της πρότασης της εν λόγω εργασίας χρησιμοποιήθηκαν τα λογισμικά HOMER και PV*SOL. Με το πρώτο εργαλείο ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να συνδυάσει πηγές ενέργειας, όπως οι Α/Γ, τα Φ/Β, τα υδροηλεκτρικά, οι κυψέλες υδρογόνου, οι ντιζελογεννήτριες, με μέγεθος που αυτός επιθυμεί, και έπειτα από πλήθος προσομοιώσεων να επιλέξει το σύστημα με τα καλύτερα για αυτόν τεχνικά, οικονομικά και περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά. Από την άλλη, το PV*SOL αποτελεί ένα εργαλείο με το οποίο ο χρήστης μπορεί να σχεδιάσει πλήρως ένα Φ/Β σύστημα συμπεριλαμβανομένου και του κτιρίου ή της περιοχής εγκατάστασης λαμβάνοντας υπόψη κύριους παράγοντες, όπως η σκίαση, που επηρεάζουν την απόδοση του συστήματος. Βέβαια, η ανάλυση ευαισθησίας σε παραμέτρους των συστημάτων, όπως τα αρχικά κόστη, το ύψος δανεισμού, το επιτόκιο δανεισμού, η περίοδος χρέους και άλλα, μπορούν να διαμορφώσουν πλήθος συσχετισμών που να επιτρέπουν την οικονομική βιωσιμότητα συστημάτων ηλεκτρικής παραγωγής, τα οποία με μια πρώτη ανάγνωση μοιάζουν μη εφικτά και οικονομικά μη συμφέροντα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της συγκεκριμένης διαπίστωσης, που απορρέει από την ανάλυση ευαισθησίας, είναι πως το ύψος των οικονομικών κινήτρων, όπως οι επιδοτήσεις και τα χαμηλότοκα δάνεια, μπορούν να δώσουν ώθηση στην ανάπτυξη συστημάτων παραγωγής ηλεκτρισμού από ΑΠΕ, ακόμα και με αποκλειστική χρήση αυτών. Όλα τα παραπάνω αναλύονται διεξοδικά σε όλη την έκταση της παρούσας εργασίας, αναλύοντας το πρόβλημα τεχνοοικονομικής μελέτης για εγκατάσταση ΑΠΕ στο Γενικό Νοσοκομείο Λεμεσού. Συγκεκριμένα, το Κεφάλαιο 1 αποτελεί μια αναφορά στο σημερινό ενεργειακό πρόβλημα, πως αυτό έχει προσεγγισθεί σε παγκόσμιο, ευρωπαϊκό και εθνικό επίπεδο και τις προσπάθειες που γίνονται προκειμένου να αντιμετωπισθεί με αποτελεσματικότητα. Αναφορά γίνεται ταυτόχρονα και στην ενεργειακή κατάσταση στην οποία βρίσκεται η Κύπρος. Το Κεφάλαιο 2 περιγράφει πως οι πολιτικές που ακολουθούνται σήμερα συνάδουν με τις Οδηγίες και τους Κανονισμούς της Ευρωπαϊκής Ένωσης για ανατροπή του σύγχρονου ενεργειακού σκηνικού. Ο κύριος σχολιασμός πραγματοποιείται επί των πολιτικών που σχετίζονται με την προώθηση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και πως αυτές μπορούν σήμερα να εγγυηθούν την ενεργειακή αυτονομία, την ασφάλεια στον ενεργειακό εφοδιασμό και την προστασία του περιβάλλοντος. Στο Κεφάλαιο 3 αναφέρονται οι βασικές τεχνολογίες και τα χαρακτηριστικά των ΑΠΕ που συμμετέχουν στη δημιουργία των υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας που προτείνονται για το Νοσοκομείο Λεμεσού. Συγκεκριμένα, περιγράφονται τα δομικά χαρακτηριστικά των Φ/Β συστημάτων, των ανεμογεννητριών, των αντιστροφέων αλλά και ντιζελογεννητριών, ενώ πραγματοποιείται μια πρώτη προσέγγιση στην παγκόσμια και κυπριακή ενεργειακή αγορά. Το Κεφάλαιο 4 αποτελεί το σημείο στο οποίο περιγράφεται αναλυτικά η περιοχή μελέτης, οι κλιματολογικές της συνθήκες, ενώ παράλληλα, γίνεται και μια εισαγωγή στα συστήματα που είναι διασυνδεδεμένα με το δίκτυο και τις συνθήκες που πρέπει να πληρούν. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά της νεοεισαχθείς για τα κυπριακά δρόμενα μεθόδου, της τεχνολογίας Συμψηφισμού Μετρήσεων (Net-Metering). Τέλος γίνεται αναφορά για τα αυτόνομα υβριδικά συστήματα και τις χρήσεις τους. Στο Κεφάλαιο 5 πραγματοποιείται η τεχνοοικονομική μελέτη εγκατάστασης Φ/Β συστήματος στην οροφή του Νοσοκομείου. Συγκεκριμένα σε πρώτη φάση παρουσιάζονται λεπτομερώς τα βήματα για μια ολοκληρωμένη μελέτη. Στη συνέχεια προβάλλονται τα αποτελέσματα της εξομοίωσης που αφορούν τα κύρια χαρακτηριστικά του συστήματος, όπως η ονομαστική ισχύς, το Καθαρό Παρόν Κόστος, η απόδοση κλπ. Επεκτείνοντας την αρχική μελέτη, στο Κεφάλαιο 6 γίνεται η εξομοίωση ενός υβριδικού συστήματος διασυνδεδεμένου στο δίκτυο, στο οποίο εκτός από Φ/Β πλαίσια έχουμε συμπεριλάβει και Α/Γ. Σε δεύτερη φάση μελετάμε ένα σύστημα αυτοπαραγωγής. Για τις δύο αυτές μελέτες χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό HOMER. Τέλος στο Κεφάλαιο 7, συμπυκνώνονται όλα τα συμπεράσματα και οι παρατηρήσεις των τεχνοοικονομικών και περιβαλλοντικών αξιολογήσεων των συστημάτων παραγωγής ηλεκτρισμού, ενώ παράλληλα γίνεται μια σύγκριση σχετικά με τη πιο συμφέρουσα πρόταση με κριτήριο τη μικρότερη αρχική επένδυση με το μεγαλύτερο δυνατό κέρδος. Έχοντας πάντα ως πρωταρχικό στόχο τα κριτήρια αυτά καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η ιδανικότερη λύση είναι η περίπτωση του διασυνδεδεμένου υβριδικού συστήματος, η οποία αποφέρει το μεγαλύτερο κέρδος, μειώνοντας παράλληλα τις εκπομπές ρύπων, αφού χρησιμοποιεί αποκλειστικά ανανεώσιμες πηγές. Στη συνέχεια παρατίθενται κάποιες προτάσεις για περαιτέρω έρευνα και σε άλλα κτίρια, οι οποίες μπορούν να βοηθήσουν στην ανατροπή του σημερινού ενεργειακού προβλήματος του νησιού. / The continuous increase in energy consumption, the irrational use of energy, the continuous dependence on fossil energy sources, have generated intense environmental, economic, political and social problems in recent decades at global, European, national, and individual level. The wide range of these problems has often given rise reflection of the international community about the development model followed and policy that can serve with competence and fairness of current and future human needs. The need for energy self-sufficiency and independence of states from imported fuels, particularly from countries with unstable political and social situations, the need for decentralized development and boost local employment reinforces the perception of change and especially improving the current global energy scene. Cyprus, following the guidelines and European Union regulations, has made important steps in the development of renewable sources the last decade, but which may in no case be considered sufficient, given the current energy needs. Many public buildings on the island consume huge amounts of electricity that cost the state. One of them is the Limassol General Hospital. The sheer size of the building and the uninterrupted operation of medical equipment lead to a huge load which must be met daily. In this context, the subject of this thesis is the submission of a complete proposal for installing RES in Limassol General Hospital. For this purpose we study three different cases. The first concerns a PV system connected to the grid. The second a hybrid system interconnected to the grid while in the last case the energy autonomy of the building is considered. Many are those efforts and research have been made in the field of energy autonomy areas and buildings, some with large success and some with less, giving, however, always the mark of current requirements imposed by society's need for "cleaner" forms of energy, less dependence on imported energy sources and power systems with more reliability. The design and optimization of these systems, which can combine more than one form of energy, is the bet of the current scientific and technological research. Today, the optimal combination of autonomous hybrid energy systems can be achieved through probabilistic, repetitive, graphics or multicriteria techniques, and through the use of financial indicators (NPV, IRR, LCA etc.) achieve the financial and evaluation systems thereof. In recent years, there are few software have been developed to assist in the design, technical and economic evaluation, or even in the optimization of energy investments. Software like EnergyPLAN, the energyPRO, the H2RES, the TRNSYS16, the RETScreen, the PV*SOL and HOMER, used as planning tools, logistical and environmental evaluation of energy systems, which combine one or more forms of energy and are connected or not in the grid. In the case of the proposal of this thesis the software HOMER and PV*SOL were used. In the first software, the user is able to combine energy sources, such as WT, the PV, hydroelectric, hydrogen cells, the diesel generators, size he desires, and then a plurality of simulations to select the system the best for this technical, economic and environmental characteristics. On the other hand, PV*SOL is a tool with which the user can fully design a PV system, including the building or installation area taking into account key factors, such as shading, affecting system performance. Of course, the sensitivity analysis on parameters of systems, including initial costs, the loan amount, the interest rate, the debt term and others, can form correlations that allow the economic viability of the electrical power system, which at first they look not practicably and economically profitable. A typical example of this verification, resulting from the sensitivity analysis, is that the level of financial incentives, such as grants and soft loans, may give impetus to the development of electricity production from RES systems, even with exclusive use. All the above discussed thoroughly throughout this work, analyzing a techno-economic study for installing RES in Limassol General Hospital. Specifically, Chapter 1 is a reference to the current energy problem that has approximated at global, European and national levels and what efforts are made to address effectively. Reference is made simultaneously in the energy situation of the Cyprus. Chapter 2 describes how the policies pursued today are in line with the Directives and EU Regulations for the overthrow of modern energy scene. The main commentary is based on the policies related to the promotion of renewable energy and how they can now guarantee energy independence, the security of energy supply and environmental protection. Chapter 3 sets out the key technologies and characteristics of RES involved in the installation of hybrid power systems proposed for Limassol Hospital. Specifically, the structural characteristics of PV panels, WT, inverters and diesel generators are described, while making a first approach to the global and Cypriot energy market. In Chapter 4 details of the study area and the climatic conditions are pointed out, while an introduction to the systems which are interconnected through the network and the conditions that must prerequisite, is made. Followed by a reference of the newly introduced, for Cyprus standards, method of Net-Metering. Finally reference to the autonomous hybrid systems and their uses, is made. In Chapter 5 the techno-economic study of PV system installation on the roof of the hospital is carried out. Initially the steps for a comprehensive study are detailed. Then the results of the simulation on the main features of the system, such as rated power, the Net Present Cost, performance etc are viewed. Extending the initial study, in Chapter 6, in addition to PV panels we included WT, leading to a hybrid system connected to the grid. In the second phase a self-fed system is proposed. For these studies we used the HOMER software. Finally, in Chapter 7, all the conclusions and observations of the techno-economic and environmental assessments of power generation systems are concentrated, while the most advantageous proposal in terms of lower initial investment with the greatest possible profit is searched. Having as primary objective that criteria we conclude that the ideal solution is the case of interconnected hybrid system, which offers the most profit while reducing emissions, since it uses only renewable sources. Some proposals for further research and other buildings, which can help to reverse the current energy problem on the island, are suggested.

Με την εργασία αυτή γίνεται μια οικονομική αξιολόγηση ενός ευρυζωνικού δικτύου πρόσβασης μέσα από την ανάπτυξη ενός προγράμματος (σε κώδικα C) που σαν εισόδους έχει την διείσδυση της κάθε υπηρεσίας στην αγορά, δηλαδή τον αριθμό των πιθανών συνδρομητών, τα στοιχεία της περιοχής, τον εξοπλισμό του δικτύου που πρόκειται να εγκατασταθεί, καθώς και οικονομικά στοιχεία όπως η χρέωση για την υπηρεσία από τον πάροχο. Χρησιμοποιώντας τα στοιχεία αυτά η εφαρμογή υπολογίζει την Καθαρή Παρούσα Αξία (NPV) τον Εσωτερικό Ρυθμό Επιστροφής (IRR) καθώς και την Παρούσα Αξία Ετήσιων Δαπανών (PVAC) για ένα χρονικό ορίζοντα δέκα ετών. Επίσης για την κοστολόγηση του δικτύου υπολογίζει τον συνολικό εξοπλισμό που χρειάζεται να εγκατασταθεί, κάνοντας μια εκτίμηση, προς την χειρότερη πλευρά, για τα μέτρα της οπτικής ίνας που χρειάζεται να τοποθετηθεί. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των NPV για έτος εκκίνησης διαφορετικό κάθε φορά παρουσιάζει το έτος που ένας πάροχος θα πρέπει να εγκαταστήσει το δίκτυο του έτσι ώστε στο τέλος του χρονικού ορίζοντα να έχει το μέγιστο δυνατό κέρδος. Στα πρώτα κεφάλαια γίνεται μια θεωρητική παρουσίαση των διαθέσιμων τεχνολογιών πρόσβασης και του εξοπλισμού, ενώ στα δύο τελευταία κεφάλαια παρουσιάζεται το πρόγραμμα και τα αποτελέσματα για τέσσερα υποθετικά σενάρια. / -

<p>Producing bio-based commodity chemicals, such as polymers and fuels, is of significant interest as petroleum reserves continue to decline. A major roadblock to bio-based production is high processing costs. These costs are associated with the need for highly-specialized catalysts to produce bio-based commodity chemicals from agricultural products and wastes. This prevents bioprocessing facilities from fully taking advantage of commodities of scale, where purchasing materials in greater quantities reduces the material cost. Discovering catalysts capable of being used in multiple production pathways could reduce the per unit processing of a biorefinery. <br> Recent works have shown that maleic acid can be used for multiple conversion reactions of plant material to valuable products: xylose to furfural, glucose to hydroxymethylfurfural (HMF), and the pretreatment of lignocellulosic material for second generation biofuel production. This work evaluates the use of maleic acid as a catalyst for producing HMF from corn starch, with a specific focus on reducing operating costs. Additionally, the use of maleic acid as a liquefaction catalyst for producing corn stover slurries is tested. </p> <p>To evaluate HMF production from starch, a combined computational and experimental approach is used. Through modelling and experimental validation, molar HMF yields of ~30% are reached by incorporating dilute dimethylsulfoxide and acetonitrile into the reaction mixture. However, HMF yield was limited by low stability in the reaction media. The addition of activated carbon to the reactor overcomes challenges with second order side reactions, resulting in HMF selling prices that are competitive with similar petroleum-derived chemicals. The key technical roadblocks to commercialization of HMF production are identified as solvent recycling and HMF separation efficiency in a sensitivity analysis. During liquefaction of corn stover, maleic acid was found to reduce the yield stress required to begin slurry flow through a pipe. However, a reduction in the free water content of the reactor through binding of water in the matrix of biomass limited liquefaction, resulting in solids concentrations not financially feasible at scale. To overcome this, maleic acid treatment was performed at solids contents of 25%, followed by a water removal step and enzymatic liquefaction at 30% solids. Yield stress was reduced from >6000 Pa for untreated samples to ~50 Pa for samples treated with maleic acid and enzymes sequentially. Such treatment reduces the challenges associated with feeding solid biomass into a pretreatment reactor. Additionally, reduced slurry yield stress results in lower capital costs, since smaller pumps can be used in the production facility. </p> This work provides a step forward in transitioning away from a petroleum-based economy to a bio-based economy without significant disruptions in product pricing and availability.

This work is focused on modernizing stock of machinery problem in roughing big parts in Žďas a.s. The aim is to analysis contemporary condition of roughing big parts, define area of possible savings, suggestion modernizing stock of machinery of this company and on its end technoeconomic evaluation each of that variant and recommendation of final solution.